射频单刀双掷开关常见结构
- 传统MOS串并联
- Π型50Ω匹配
- 共波导传输线匹配
- 非对称MOS堆叠
- 非对称LC
1. 传统MOS串并联开关
传统MOS串并开关是在简单串联开关的基础上，加入端口并联而实现。
问题：MOS寄生电容以及衬底耦合等效应，隔离度性能不佳。
为了提高隔离度，MOS串并联开关在Tx、Rx端口，加入并联MOS管M3、M4。
适合频段
常用于直流至低频频段的开关设计。
工作方式
M1、M4由电压Vc控制，M2、M3由Vc的互补电压控制。
- 当Vc为高电平，Tx支路导通，Rx支路关断。
- M2截止，可以提供一定的隔离作用。
- M4导通，将泄露至R下的微弱信号短路到地，进一步提高隔离度。
问题
MOS串并联结构开关，因串联MOS寄生耦合效应，其各项性能随着信号频率增加而恶化。
串并联结构开关的隔离度性能优于简单串联开关，但由于M3、M4引入额外寄生电容，促使信号向地泄露，插入损耗性能较差。
改进
改进方法由很多种，可在每个MOS源漏极之间加入并联电感。能够抵消MOS寄生电容的影响，又能提高隔离度。
2. Π型50Ω匹配开关
适合频段
具有个好的高频性能。增加匹配网络的级数，可以优化隔离度与宽带性能。
工作方式
M1、M2分别由互补电压控制。
当Vc为高电平时，发射模式
- M1截止，M2导通
- 信号由Tx port传输至 ANT port
- M1的等效寄生电容与L1、
形成C-L-C 50Ω匹配，该网络可等效为四分之一波长传输线
- M2导通，M2等效为小电阻，此时接收支路的Π型匹配网络在ANT port等效为大阻抗，提高隔离度
Π型50Ω匹配开关，巧妙利用MOS关断电容形成匹配网络，从而抵消了寄生电容带来的负面影响。
MOS尺寸越大，会破坏网络匹配情况，导致支路导通时插入损耗性能恶化。
改进
两级匹配网络示意图。
3. 共面波导传输线开关
共面波导传输线原理，类似于Π型50Ω匹配结构开关。共面波导可以提供更大的Q值，从而优化电路性能。
L1、L5为特征阻抗为50Ω的传输线电感，L2~L4为共面波导。该开关，通过控制电压Vc高低电平的变化，来进行模式切换。
共面波导可以
- 优化开关插入损耗性能
- 减少芯片面积。
4. 非对称式MOS堆叠串并联开关
非对称式MOS堆叠串联开关= MOS开关 + MOS堆叠。
应用于收发机前端系统。
工作原理与MOS串并联开关相似。
因射频天线发射模式发射的信号功率一般较高，所以Rx支路的串联MOS与Tx支路的并联MOS均会采用多个MOS串联堆叠的形式，来提高发射模式线性度性能。
问题：堆叠MOS结构，会对支路的损耗等性能带来影响。
5. 非对称式LC开关
应用于收发机前端系统。
传统串并联开关因在发射模式下存在关断MOS，限制了发射模式的线性度。因此，非堆成LC开关中，将这些影响线性度的MOS出去，而用Π型匹配网络或LC谐振网络替代。
在Tx模式下：
- Vc高电平，M1导通，信号由Tx port 传送至ANT port
- Rx支路，呈高阻抗，阻止信号泄露
- M2导通，提高隔离度
在Rx模式下：
- Vc为低电平，信号由ANT port 传输至Rx port
- M2关断，可与Rx串联支路形成匹配，进行信号传输
- M1关断，提高隔离度
因此，可变阻抗模块类似于阶梯式阻抗，在这两种模块下，分别呈现高低阻抗状态。
MOS恒定偏压发非对称LC开关
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